JP2020161263A - ワイヤーハーネス用撚り線 - Google Patents
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前記芯線が、1500MPa以上の引張強度及び150GPa以上のヤング率を有し、
前記複数の側線の各々が、500MPa以上1500MPa未満の引張強度、100GPa以上150GPa未満のヤング率及び45%IACS以上の導電率を有し、
前記導体の断面積が0.05mm2以上0.10mm2以下であり、
前記導体の引張強度Y(MPa)が、前記導体の断面積X(mm2)について以下の関係式(I)を満たし、且つ、
前記導体の導電率Z(%IACS)が、前記導体の断面積X(mm2)について以下の関係式(II)を満たすことを特徴とするワイヤーハーネス用導体である。
Y≧80X−1・・・(I)
Z≧3.7861X−0.97・・・(II)
<導体の構成>
本実施形態に係る導体は、1本以上の芯線の外周に複数の側線が撚り合わされた撚り線として構成されている。図1は本発明の実施形態に係る導体の概要を説明する断面図の一例である。図1に示すように、本発明の実施形態に係る導体1は、導体1の中心に配置された(1本の)芯線10と、芯線10の外周を取り囲むように配置された複数の(6本の)側線20と、を備える。導体1に適切な強度を付与するため、導体1は、芯線10と複数の側線20とが撚り合わされた撚り線として形成される。導体1の撚りの程度は、芯線10及び側線20の本数、直径等に応じて、導体1の断面積が所望の範囲内になるよう適宜設計することができる。このような導体1は、自動車、電車、航空機等の車両に使用されるワイヤーハーネス、特に自動車用ワイヤーハーネスにおいて、信号通信の役割を果たす。また、導体1の周方向を絶縁体である被覆樹脂30で被覆することにより被覆電線40を形成することができる。被覆樹脂30の材料は、例えば、一般の被覆電線で使用される絶縁樹脂であればよく、特に限定されない。
極細線は、素線径が0.5mm以下である電線であり、現在、自動車等の車両内で使用される最小断面積クラスの導体で構成される。本実施形態に係る導体の断面積は、0.05mm2以上0.10mm2以下である。これにより、芯線と複数の側線との撚り線である導体を極細線として使用することができる。また、芯線の直径が0.10mm以上0.15mm以下であり、且つ複数の側線の各々の直径が、0.08mm以上0.12mm以下であることが好ましい。これにより、1本以上の芯線と複数の側線との撚り線を作製した場合に、導体の断面積を極細線として要求される範囲内に維持しやすくなる。複数の芯線を使用する場合、各芯線の直径は同じであっても異なっていてもよい。また、複数の側線の各々についても、各側線の直径は同じであっても異なっていてもよい。尚、芯線及び側線の数、圧縮工程前後の撚り線の断面積の変化等に応じて、芯線及び側線の直径は上記の範囲内において適宜選択することができる。但し、導体全体の導電性を低強度の側線が担うため、導体の全断面積のうち70%以上が側線であることが好ましい。
本実施形態に係る導体に用いられる芯線は、1500MPa以上の引張強度及び150GPa以上のヤング率を有する。芯線の引張強度が1500MPa未満では、導体に十分な強度を付与させることができず、導体を極細線として使用した場合、衝撃による断線の抑制を図ることが困難である。そのため、芯線の引張強度の下限値は1500MPa以上であり、3000MPa以上が好ましく、4000MPa以上が更に好ましく、5000MPa以上が特に好ましい。芯線がより高い引張強度を有することにより、耐衝撃性をより確実に確保できる強度を導体に付与しつつ、導体の断面積をより小さくすることが可能となる。尚、芯線の引張強度の上限値は特に限定されないが、製造上の取り扱いの観点から8000MPa以下であることが好ましい。また、芯線のヤング率が150GPa未満の場合も同様に、極細線としての導体に十分な強度を付与させることができず、衝撃による断線の抑制を図ることが困難である。そのため、芯線のヤング率の下限値は150GPa以上である。また、芯線のヤング率の上限値も特に限定されないが、製造上の取り扱いの観点から600GPa以下であることが好ましい。このように、芯線が、所望の引張強度とヤング率を同時に満たすことにより、撚り線として得られた導体に優れた耐衝撃性を付与することができる。尚、芯線の導電率については、一定以上の導電率を有する側線の使用により導体全体に所望の導電率を付与することができれば、芯線は導電率を有していなくてもよい(0%IACSでもよい)。一方、芯線が僅かにでも導電率を有することにより、側線の本数の削減に伴う軽量化、サイズダウンに寄与することができる。
本実施形態に係る導体に用いられる複数の側線の各々は、500MPa以上1500MPa未満の引張強度、100GPa以上150GPa未満のヤング率及び45%IACS以上の導電率を有する。側線の引張強度が500MPa未満では、導体に十分な強度を付与させることができず、導体を極細線として使用した場合、衝撃による断線の抑制を図ることが困難である。そのため、側線の引張強度の下限値は500MPa以上である。また、側線のヤング率が100GPa未満の場合も同様に、極細線としての導体に十分な強度を付与させることができず、衝撃による断線の抑制を図ることが困難である。そのため、芯線のヤング率の下限値は100GPa以上である。尚、側線の引張強度の上限値及びヤング率の上限値については、側線と芯線とが互いに異なる材料であることを明確にするため、側線の引張強度の上限値は1500MPa未満であり、側線のヤング率の上限値は150GPa未満である。このように、側線が、所望の引張強度とヤング率を同時に満たすことにより、撚り線として得られた導体に優れた耐衝撃性を付与することができる。また、側線の導電率の下限値は45%IACS以上であり、52%IACS以上がより好ましく、59%IACS以上が更に好ましく、80%IACS以上が特に好ましい。側線の導電率が45%IACS未満では、導体に良好な導電性を付与させることができず、導体を極細線として使用した場合、導体抵抗の上昇に伴う導電性不足を改善することが困難である。側線がより高い導電率を有することにより、良好な導電率を導体に付与しつつ、導体の断面積をより小さくすることが可能となる。
本実施形態に係る導体において、導体の引張強度Y(MPa)は、導体の断面積X(mm2)について以下の関係式(I)を満たす。
Y≧80X−1・・・(I)
本実施形態に係る導体において、導電率Z(%IACS)は、導体の断面積X(mm2)について以下の関係式(II)を満たす。
Z≧3.7861X−0.97・・・(II)
本実施形態に係る導体は、芯線の外周に対して複数の側線を撚り合わせ、圧縮工程を経て製造される。圧縮工程の製造条件は、芯線及び側線の数、圧縮工程後の所望とする撚り線の断面積等に応じて、適宜設計することができるが、通常は撚り線とした導体の外径よりも小さいダイス穴に導体を通す事によって圧縮する。また、必要に応じて熱処理を実施することができる。この熱処理は、側線の材料が析出型合金である場合、時効熱処理の実施を意図し、固溶型合金であれば再結晶処理の実施を意図する。その後、被覆工程において導体に絶縁体の被覆樹脂を被覆することにより、ワイヤーハーネス用導体を備える被覆電線を作製することができる。
0.10〜0.14mmの直径を有する各芯線及び各側線を用いて、0.05mm2〜0.10mm2の断面積を有する撚り線に作製した。各実施例及び各比較例において、1芯線の本数は1本、撚り合わせ用の側線の本数は6本であった。得られる導体の断面積は、圧縮工程における製造条件にも依存するために一概ではないが、0.100mmの直径を有する各芯線及び各側線を用いた場合は、0.05mm2の断面積を有する撚り線、0.107mmの直径を有する各芯線及び各側線を用いた場合は、0.06mm2の断面積を有する撚り線、0.114mmの直径を有する各芯線及び各側線を用いた場合は、0.07mm2の断面積を有する撚り線、0.120mmの直径を有する各芯線及び各側線を用いた場合は、0.08mm2の断面積を有する撚り線、0.140mmの直径を有する各芯線及び各側線を用いた場合は、0.10mm2の断面積を有する撚り線をそれぞれ作製した。各実施例及び各比較例において、用いた芯線及び側線、並びに得られた導体の断面積を表1に示す。尚、比較例29〜32、37においては、芯線として使用した炭素鋼線に熱処理を施し、意図的に強度を下げたサンプルを使用した。同様に、比較例25〜28においても、側線として使用したCu−1%Snの銅合金に熱処理を施し、意図的に強度を下げたサンプルを使用した。
<断面積の測定>
導体の断面が観察できるように芯線と側線との隙間を樹脂埋めし、次いで導体の湿式研磨、バフ研磨を施した。その後、光学顕微鏡の倍率を×100〜500に設定し、寸法計測・撮影ソフト(「HybridMeasure」 イノテック株式会社製)を用いて導体の断面積を2回測定し、その測定結果の平均値を用いた。尚、導体の断面積の測定は、所望の直径に対してその誤差が±0.002mmの範囲内である場合を評価対象として適切であると判断した。
金属はJIS Z2241(2011)の規格に準拠して、また炭素繊維も金属と同じ規格に準拠して測定した。樹脂繊維はJIS K7161の規格に準拠して、芯線及び各側線、並びに得られた導体の引張強度を2回測定し、その平均値を引張強度として算出した。繊維束線は、標点距離と掴みの距離は規格に準拠し、応力算出に用いる断面積は上記断面積の測定と同様の手法で測定した。また、各芯線及び各側線のヤング率として、引張強度の測定時における試験開始から0.2%耐力に至るまでの荷重と歪に対して、最小二乗法で求めた回帰直線の傾きを用いた。
300mm長の導体の一端に300gの重りを付け、他端を固定し同位置から重りを自由落下させた場合に、導線が断線しない場合を「〇」、導体が断線した場合を「×」とした。この耐衝撃試験を3回実施し、1回でも断線が確認された場合は「×」とした。
JIS H0505(1975)の規格に準拠して、得られた導体の導電率を2回測定し、その平均値を導電率として算出した。また、得られた導電率を単位長さ当たりの電気抵抗に換算し、その値が、500mΩ/m以下である場合を「〇」、500mΩ/mより大きい場合を「×」とした。尚、単位長さ当たりの電気抵抗は、1.74241×10−5(mΩ/m)×100(%IACS)/導体の導電率(%IACS)÷導体の断面積(m2)(純銅の電気抵抗値×純銅の導電率/導体の導電率÷導体の断面積)より算出した。
耐衝撃試験の結果及び導体の単位長さ当たりの電気抵抗の結果が両方とも「〇」である場合を「〇」、これらの結果の両方又はいずれか一方が「×」である場合を「×」と評価した。
10 芯線
20 側線
30 被覆樹脂
40 被覆電線
Claims (8)
- 1本以上の芯線の外周に複数の側線が撚り合わされたワイヤーハーネス用導体であって、
前記芯線が、1500MPa以上の引張強度及び150GPa以上のヤング率を有し、
前記複数の側線の各々が、500MPa以上1500MPa未満の引張強度、100GPa以上150GPa未満のヤング率及び45%IACS以上の導電率を有し、
前記導体の断面積が0.05mm2以上0.10mm2以下であり、
前記導体の引張強度Y(MPa)が、前記導体の断面積X(mm2)について以下の関係式(I)を満たし、かつ、
前記導体の導電率Z(%IACS)が、前記導体の断面積X(mm2)について以下の関係式(II)を満たすことを特徴とするワイヤーハーネス用導体。
Y≧80X−1・・・(I)
Z≧3.7861X−0.97・・・(II) - 前記芯線の直径が0.10mm以上0.15mm以下であり、かつ前記複数の側線の各々の直径が、0.08mm以上0.12mm以下である、請求項1に記載のワイヤーハーネス用導体。
- 前記芯線の本数が1本である、請求項1又は2に記載のワイヤーハーネス用導体。
- 前記複数の側線の本数が5本以上10本以下である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のワイヤーハーネス用導体。
- 前記芯線の材料が、炭素鋼線、ステンレス鋼線、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、炭素繊維及び金属ガラスからなる群から選択される、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のワイヤーハーネス用導体。
- 前記複数の側線の材料が、Cu−Cr系合金、Cu−Ag系合金、Cu−Sn系合金、Cu−Zn系合金、Cu−Zr系合金、Cu−Ni−Si系合金、Cu−Mg系合金及びCu−Nb系合金からなる群から選択される、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のワイヤーハーネス用導体。
- JIS H0505(1975)の規格に準拠して測定した前記導体の導電率を単位長さ当たりの電気抵抗に換算した値が、500mΩ/m以下である、請求項1乃至6のいずれか1項に記載のワイヤーハーネス用導体。
- 300mm長の導体の一端に300gの重りを設置し、他端が固定されている位置と同じ高さから前記重りを自由落下させる耐衝撃試験において、前記導体に断線が生じない、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のワイヤーハーネス用導体。
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